납땜 합금과 야금의 매혹적인 세계

Dec 27, 2023

솔더는 부품을 서로 붙이는 데 사용하는 전도성 금속 접착제입니다. 구성요소와 PCB를 충분히 뜨겁게 하고 접합부에서 약간의 땜납을 녹이면 그대로 유지되어 안정적으로 작동합니다. 그러나 그것은 단순하지 않습니다.

다양한 납땜 합금이 있으며 납땜 인두 끝 자체도 다중 재료의 걸작입니다. 이 기사에서는 납땜 이면의 야금학을 살펴보고 납땜 팁 유지 관리 및 정기적인 교체가 왜 좋은지 알아보겠습니다. 당연히 우리는 솔더 합금에서 납이 담당하는 역할과 무연으로 전환할 때 납을 다른 금속으로 대체하면 어떤 영향이 있는지도 다룰 것입니다. 무엇으로 납땜하고 있나요?

납땜과 고온 사촌인 브레이징은 본질적으로 금속 간 결합을 생성하는 두 가지 방법 중 하나이며, 두 금속 표면 사이에 상대적으로 안정적인 결합을 생성하는 저온 기술을 사용할 수 있습니다. 납땜은 소위 금속간 화합물(IMC)을 기반으로 하기 때문에 야금 분야에서도 흥미로운 분야입니다.

용접은 접합되는 부품의 양면에 있는 금속을 높은 온도에서 녹여 영구적으로 융합시키는 납땜과 대조됩니다. 용접은 금속 조각을 결합하는 고강도, 고신뢰성 방법이지만, 불행히도 과도한 열로 인해 부품이 손상될 수 있고 전기 전도성 요소를 함께 녹이는 것보다 함께 '접착'하는 것이 목표인 섬세한 전자 장치에는 전혀 적합하지 않습니다.

이는 또한 IMC가 '악'이라고 불릴 정도로 납땜과 IMC가 문제의 원인이 되는 이유를 설명합니다. IMC는 본질적으로 솔더에 용해된 양쪽의 두 금속 표면의 일부로, 조인트의 각 면이 솔더와 어느 정도 안정적으로 융합될 만큼 충분한 결합을 유발합니다. 불행하게도 이러한 IMC는 용접 조인트의 안정적인 고체 금속과는 거리가 멀기 때문에 솔더 합금에 정확히 어떤 금속이 포함되어 있는지에 따라 부서지기 쉬울 수 있습니다.

그러나 납땜으로 형성된 IMC는 충분히 강하며 모든 납땜 합금이 주석을 사용하는 이유는 IMC의 형성 때문입니다. 주석은 다른 금속을 잘 녹이는 성질을 가지고 있습니다. 실제로 순수 주석을 사용하여 납땜하는 것이 가능합니다. 하지만 아래에서 볼 수 있듯이 대부분의 납땜은 다른 금속을 혼합하여 추가함으로써 개선됩니다.

하지만 땜납은 저절로 녹지 않으며 납땜 인두 팁의 구조에도 피부 아래에 많은 금속 성분이 숨어 있습니다. 팁 자체는 일반적으로 내구성 있는 철층으로 도금된 텔루르 구리 코어로 구성된 복합 구조입니다. 일반적으로 '습윤성'으로 간주되는 부분은 주석으로 덮고 납땜이 있는 팁 아래 부분은 크롬으로 덮습니다. 붙어 있으면 안 된다. 철 층은 솔더의 주석이 팁의 구리를 용해시키는 것을 방지하기 위해 추가되었는데, 이는 심각한 문제였습니다.

철층은 열전도율이 낮기 때문에 그것이 제공하는 내구성 이점을 잃지 않고 가능한 한 얇게 유지되어야 합니다. 그러나 철은 녹슬기 때문에 땜납에서 얇은 주석 층으로 덮어 보관해야 합니다.

산화철이 형성되면 이 축적물을 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 기본적으로 여기에는 산화물 층을 물리적으로 제거하기 위한 연마 방법이나 납땜 인두의 열에 노출될 때 산을 생성하는 팁 주석 처리의 사용이 포함됩니다. 이 산은 플럭스의 약산보다 강하므로 산화철까지 제거해야 합니다. 신선한 땜납이 팁 클리너와 혼합되어 팁이 즉시 코팅되어 바로 사용할 수 있습니다.

사람들이 가지고 있는 땜납 롤에 관해서는 그것이 어떤 합금인지, 그리고 그 합금의 정확한 특성이 무엇인지 피상적으로 생각하는 것 이상은 거의 없습니다. 땜납을 "납 함유" 대 "무연"으로 생각할 수도 있지만 그보다 알아야 할 것이 더 많습니다.

지금은 납 기반 땜납을 고수하고 있지만 얼핏 보면 녹는 온도와 함께 인기 있는 유형이 꽤 많다는 것을 알 수 있습니다.